急倾斜大采高综采工作面沿空留巷技术.pdf

1232023年8月上 第15期 总第411期油气、地矿、电力设备管理与技术China Science&Technology Overview0 引言随着科技技术进步，绿水洞煤矿采煤机械化程度达到100%，但掘进机械化程度却相对较低，导致采掘接替存在问题，掘进进度滞后所带来的接替紧张已成为制约矿井发展的瓶颈。矿井传统采区上下区段之间都留设一定宽度的煤柱，造成大量煤炭资源浪费，且煤柱留设不合理还会使覆岩应力在煤柱处集中，对巷道造成破坏，给采煤回采工作带来安全威胁和较大巷道维修工程量，实施沿空留巷已然是大势所趋1-7。1 技术方案1.1 密集挡矸工字钢（1）采用11矿用工字钢（L=3m）配锚索（=17.8mm，L=5000mm 的锚索）施工顶板走向横梁，搭接处不能出现错缝，每根工字钢顶部施工 3 个锚索眼孔，施工 3 根锚索，锚索可先上锚具，限位不紧固。（2）采用11矿用工字钢（L=3m）在距机巷高帮1.5m 处施工底板走向底梁，每根工字钢施工3组胀壳式锚杆（=16mm，L=1500mm）配压板（10mm）支护，锚杆间距1.5m，并施工2根“7”字稳桩（=35mm，L=900mm），间距 1m，底梁搭接处不能出现错缝（现场有回收的锚棚支架梁子也可做底梁）。（3）在底板走向底梁上侧施工挡矸工字钢柱窝，深度不低于 0.3m（实底以下），然后架设挡矸工字钢（严禁滞后于支架切顶线，并预留人行通道，宽度不低于 0.8m），间距 0.4m。上端挂靠在顶板走向横梁上，下端立于柱窝内，挡矸工字钢必须施工在坚硬底板上。（4）采用 15kg/m 钢轨或 11#矿用工字钢将挡矸工字钢连成整体，配 U 型卡固定，实行上下双排连接，第一排距顶板 1.3m，第二排距顶板 2.2m。（5）在挡矸工字钢上方铺设网片（双层错缝搭接，网片搭接位置必须是工字钢）、风筒布及垫层，风筒布必须压在走向横梁内，网片和风筒布必须用铁丝捆扎牢靠，当1 液压支架与挡矸工字钢间隙超过 0.3m 时，必须在切顶线位置施工 1 根单体液压支柱，严防采空区窜矸。（6）沿空留巷旁及巷内顶板支护采用树脂锚杆（=18mm，L=2000mm）配菱形金属网及锚索（=17.8mm，L=5000mm 的锚索），锚杆间排距 1m，锚索间距 2.5m，巷旁顶板支护采用锚梁（槽钢长度 3m，沿走向布置）。（7）在挡矸工字钢外侧施工斜撑钢梁，顶端紧贴顶板，采用树脂锚杆（=18mm，L=2000mm）配压板（10mm）锁固，并使用稳桩（=36mm，L=300mm）固定，尾端设置于距顶板 1.3m 处挡矸工字钢处钢轨上方，斜撑钢梁间距 3m。（8）沿空留巷旁及高帮侧底板采用胀壳式锚杆（=16mm，L=1800mm）配菱形金属网及锚索（=17.8mm，L=3000mm 的锚索）配钢带进行联合支护，锚杆间排距1m，锚索间距 2m，钢带纵横布置。第一排胀壳式锚杆利用底板走向底梁锁固的胀壳式锚杆。若高帮侧底板出现推底，则必须关盒子板，采取浇筑和喷射砼处理，厚度不小于 0.5m，斜面厚度不小于 0.3m。（9）对沿空留巷巷内补强支护采用双排单体液压支柱配走向槽钢（12），支柱间距 1m，迎山有力，高帮侧支柱距高帮 0.5m，矮帮侧支柱距矮帮 1.2m，补强支护长度不得小于 60m，所有活柱和三用阀包裹支护，并保证车辆正常运行宽度。（10）对沿空留巷段及时进行喷射砼支护，强度等级为 C30，喷浆厚度 50mm。若喷射混凝土支护效果差，则在挡矸工字钢外侧增挂金属网，喷射混凝土支护前必须先堵漏处理，喷射混凝土支护滞后沿空留巷钢梁距离不得大于 3m，反弹料必须及时处理。1.2 柔模混凝土（1）工艺流程：安全检查底板及高帮侧清收浮煤矸收稿日期：2023-01-03作者简介：周忠国（1985），男，四川资中人，高级工程师，研究方向：安全生产管理。急倾斜大采高综采工作面沿空留巷技术周忠国张孟军曾芳彬张海云刘建简学才（四川省华蓥山煤业股份有限公司绿水洞煤矿，四川华蓥 638600）摘要：为缓解采掘接替紧张局面，回收采区区段煤柱，实现无煤柱开采，绿水洞煤矿采用密集挡矸工字钢加柔模混凝土在急倾斜、大采高、中厚煤层条件下成功实现沿空留巷，在采煤工作面初采初放和周期来压期间实现沿空留巷巷道稳定，创造性提出阶梯式护巷支架理念和工艺，设计了一种用于大倾角中厚煤层沿空留巷配套装置，为沿空留巷技术深入推广打下坚实基础。关键词：急倾斜；大采高；沿空留巷中图分类号：TD823 文献标识码：B 文章编号：1671-2064(2023)15-0123-031242023年8月上 第15期 总第411期油气、地矿、电力设备管理与技术China Science&Technology Overview至实底，确保达到设计尺寸顶板植筋及施工顶上固定柔性模板锚杆柔性模板展开及边缘孔穿圆钢挂柔性模板及穿锚栓底板植筋柔性模板外侧采用单体液压支柱配木板支模预埋排水管(兼注氮管)注浆清洗设备及现场文明生产。（2）顶板上布置一排=20mm、L=750mm 螺纹钢式树脂锚杆作为植筋锚杆，排距 1m，外露长度 200mm。柔性模板上端两侧耳座固定采用=20mm、L=750mm 螺纹钢式树脂锚杆，锚杆间距 0.6m，排距 1m，外露长度不超过 100mm，每根锚杆眼孔内装填一支 CK2370 型树脂锚固剂。采用=16mm 圆钢穿入柔性模板两侧耳座边缘孔中。（3）在挡矸工字钢下方靠高帮侧挂设长度 3m 或 4m、宽度 0.6m、高度 4.5m 或 4.7m（随顶板倾角变化而定）的柔性模板，倾角 85 87。（4）为控制柔模成形，采用=20mm、L=750mm 全螺纹钢式树脂锚杆，两端配托盘和螺母形成锚栓，间排距0.6 1.0m。柔性模板外侧采用戴帽点柱或单体液压支柱配方木进行支护，支柱柱距 1m，在柔性模板与支柱间插入=50mm 的木板，柔性模板靠工作面煤壁侧打设一根单体液压支柱，使其侧边呈凹状，成型后取掉该支柱，使相邻柔性模板之间实现密接，减少间隙和漏风。2 试验工作面概况3122 工作面位于龙王洞背斜东翼南+350m 水平 312 采区，为单斜构造，对应地面标高为+875 +995m，井下标高为+450 +550m，工作面位于水井湾附近，地形为缓斜坡地形，北高南低，地面多被竹林、灌木覆盖，无大面积水体和其他建筑物存在。工作面可采走向长度790m，倾斜长度110130m，平均倾斜长度120m，采用走向长壁后退式采煤方法和综合机械化回采工艺，采空区处理采用全部垮落法管理顶板。3122工作面开采K1煤层，以合成煤为主，局部煤层分岔，煤种为焦煤和焦肥煤，煤层厚度2.65m3.97m，一般厚度2.73m，倾角30 46，平均倾角38，煤层普氏硬度系数f 1.01.5，夹矸 24 层，属较复杂结构煤层，煤层中部有一层 0.07m 的高岭石夹矸，在井田内比较稳定，厚度变化小，为井田内煤层对比的标志层，标志层以上有一层夹矸，厚度为 0.05 1.80m，厚度变化较大，岩性为钙质泥岩、泥岩、砂质泥岩和砂岩，硬度系数 f 4 6，当夹矸厚度大于 0.5m 时，将煤层分为上下两层，下分层厚度 1.0 1.6m，上分层厚度 0.8 1.1m。3122 工作面位于K1 煤层中，煤层伪顶为灰色黏土泥岩，厚度0 0.3m，含植物根、叶化石，吸水性强。直接顶上部为深灰色泥岩，下部为灰色钙质泥岩，含黄铁矿团块，厚度 6.8 10.2m。基本顶上部为深灰色泥岩，中部为泥质灰岩，下部为灰黑色硅质薄层灰岩，俗称“小铁板”，厚度 6.2 11.4m。直接底为灰色泥岩，灰白色细砂岩，含黄铁矿晶粒，厚度 3.8 6.8m。基本底上部为中厚层状细砂岩，中部为中砂岩，下部为灰白色铝土岩，富含黄铁矿结核，厚度3.1 5.7m。采面内顶、底板全区都很完整，局部凹凸不平，裂隙不发育，故顶、底板属中等类型。3 现场实施过程改进与优化（1）纵向挡矸工字钢防上下两端防脱扣，特别是在采煤工作面顶板初次来压和周期来压期间，防止纵向挡矸工字钢受力后弯曲变形弹出走向横梁，在纵向挡矸工字钢防上端焊接长度 200mm 铁板，形成“7”字形，挂设纵向挡矸工字钢时要求上端必须插入走向横梁，在底板设置深度 300mm 柱窝，纵向挡矸工字钢下端置入柱窝内，再采用 11#矿用工字钢配锚索、稳桩施工底梁，阻止纵向挡矸工字钢受力后下端滑移。（2）挡矸工字钢承受采煤工作面顶板初次来压的冲击。一是将所有纵向挡矸工字钢连成整体，初期考虑上下两排，形成共同受力体；二是对机头段采空区侧顶板采取预裂爆破，使爆破垮落产生的矸石堆积至纵向挡矸工字钢上方，先期形成垫层；三是人工铺设垫层，利用巷道卧底处理后的浮矸装袋后扔到纵向挡矸工字钢上方；四是在纵向挡矸工字钢下方施工反崩支柱，利用单体液压支柱抗击冲击；五是通过纵向挡矸工字钢空隙向采空区内注浆（砂浆或粉煤灰均可）。（3）初期采用单一密集挡矸工字钢，采空区极易出现漏风，采取多项技术措施防止采空区漏风。一是在纵向挡矸工字钢上方从顶板至底板铺设一层风筒布，要求风筒布上端穿过顶板走向横梁，风筒布下端适当延长；二是对纵向挡矸工字钢外侧及时喷浆支护进行封堵，针对喷浆效果差的情形，采取在纵向挡矸工字钢外侧增挂一层金属网或焊网，确保喷浆支护时能够挂得住浆、封得严实；三是严格控制 1#液压支架与纵向挡矸工字钢的距离，缩小漏风空间。（4）初期柔模混凝土制备装备安装在 3122 机巷靠尾部进风石门侧，材料运输到位后需大量劳动力卸车和上料，提升卸料和上料速度。一是对柔模混凝土设备溜子上料段巷道进行卧底处理，确保溜子上表面与巷道底板齐平或略低；二是材料尽量采用 2T 侧卸式矿车装车，运输到位后直接从两侧卸料；三是对 312S 底抽巷有淋水段施工遮雨棚，对装材料的矿车在面上设置遮盖，防止材料运输过程中因淋水造成材料板凝固。随着采煤工作面向前回采和推进，靠尾部进风石门侧柔模混凝土设备管路过远，容易造成堵塞，影响柔模注浆效果，后续考虑在 312S 底抽巷施工柔模混凝土设备砼室，将配套设备安装在底抽巷，1252023年8月上 第15期 总第411期油气、地矿、电力设备管理与技术China Science&Technology Overview通过底抽巷向机巷施工穿层钻孔和安装管路，然后再实施混凝土输送，一方面缩短材料的运输距离，另一方面缩短管路距离，避免管路堵塞，连续注入混凝土，增加墙体强度。考虑到在底板抽采巷柔模混凝土材料搅拌时需要大量电机冷却水，从柔模混凝土设备硐室对应底抽巷非人行侧施工放水孔至 3122 放水巷，解决巷道积水的问题。（5）增加护巷支架，减少密集挡矸工字钢施工劳动强度。第一种方案是采用呈阶梯状的护巷支架。一种用于大倾角中厚煤层沿空留巷配套装置，主要由第一挡矸液压支架、第二挡矸液压支架、第三挡矸液压支架、第四挡矸液压支架、第五挡矸液压支架、机头缺口、第一排头液压支架、第六液压支架、挡矸网、挡矸柱、端头支架、行人通道、机巷、补强顶锚索、补强顶锚杆、补强底锚索、补强底锚杆组成，工作面切眼下部设置机头缺口，第一排头液压支架安设于机头靠机巷高帮，第一挡矸液压支架安设于第一排头支架上侧，第二挡矸液压支架安设于第一挡矸液压支架上侧，第三挡矸液压支架安设于第二挡矸液压支架上侧，第四挡矸液压支架安设于第三挡矸液压支架上侧，第五挡矸液压支架安设于第四挡矸液压支架上侧，第六液压支架安设于第五挡矸液压支架上侧，挡矸柱支设于第一排头液压支架与机头缺口之间，挡矸网铺设于挡矸柱上侧，补强顶锚索、补强顶锚杆靠挡矸柱下侧施工于顶板，补强底锚索、补强底锚杆靠挡矸柱下侧施工于底板，端头支架安设于机巷内，沿机巷走向布置，行人通道与端头支架间采用铰接连接。机头缺口倾斜长度为 10.5m，走向长度为 6m。第一挡矸液压支架、第二挡矸液压支架、第三挡矸液压支架、第四挡矸液压支架、第五挡矸液压支架呈台阶状布置，顶梁后方错差 1.2m，挡矸柱距机巷高帮 0.8 1m。第二种方案是研发新的护巷支架，以方便运输和井下安装为原则，在实施过程中进行安装，安装难度较大。4 实施效果在绿水洞煤矿 3122 综采工作面 3122 机巷顺利完成工业性试验，成功实现沿空留巷。5 结语绿水洞煤矿首次在大采高、急倾斜、中厚煤层条件下实施沿空留巷，通过大胆尝试取得成功，为类似条件矿井采面实施沿空留巷提供了技术指导，为后续沿空留巷技术推广提供了参考和思路。矿井实施沿空留巷后大大缓解了接替紧张局面，结合矿井实际情况设计使用护巷支架，确保沿空留巷进度与采面回采进度匹配。本文提出阶梯式护巷支架理念和工艺，设计了一种用于大倾角中厚煤层沿空留巷配套装置，为后续沿空留巷技术深入推广打下坚实基础。参考文献1 四川省华蓥山煤业股份有限公司绿水洞煤矿.一种用于大倾角中厚煤层沿空留巷配套装置:中国,CN202220848865.3P.2022-04-11.2 孙磊磊.大倾角厚煤层综采沿空留巷切顶及加强支护研究J.山东煤炭科技,2019(7):51-53.3 陈宇龙,张科,聂闻,等.大倾角中厚煤层沿空留巷理论及技术J.岩土力学,2019,40(1):40.4 周思友.大倾角中厚煤层拱形断面复合沿空留巷技术J.煤炭科学技术,2015,43(1):67-69.5 徐成海.大倾角中厚煤层沿空留巷充填体合理宽度确定研究J.能源技术与管理,2014,39(5):54-56.6 杨平.浅谈大倾角中厚煤层煤矸渣木拉筋砼墙沿空留巷工艺J.煤炭技术,2005(2):118-119.7 崔悦震,王健.柔性护巷技术在大倾角中厚煤层中的应用研究J.煤矿现代化,2020(2):33-36.Gob Side Entry Retaining Technology in Fully Mechanized Mining Face with Steeply Inclined and High Mining HeightZHOU Zhongguo,ZHANG Mengjun,ZENG Fangbin,ZHANG Haiyun,LIU Jian,JIAN Xuecai(Lushuidong Coal Mine of Sichuan Province Huayingshan Coal Industry Co.,Ltd.,Huaying Sichuan 638600)Abstract:In order to ease the tension of mining and excavation succession,recover the coal pillars in the mining area and realize pillar free mining,Lushuidong Coal Mine successfully realized gob side entry retaining by using dense gangue retaining I-steel and flexible concrete under the conditions of steep,high mining height and medium thick coal seams,and achieved the stability of gob side entry retaining roadway during the initial caving and periodic weighting of the mining face.The concept and technology of stepped roadway support were creatively proposed,A supporting device for gob side entry retaining in large dip medium thick coal seam is designed,which lays a solid foundation for further promotion of gob side entry retaining technology.Key words:steep inclination;large mining height;gob side entry